距离测量与直线定向-2.ppt

第四章 距离测量与直线定向,主要内容： 量距一般方法、视距测量、直线定向 主要目的： 了解距离丈量的方法，视距测量的公式，理解标准方向的概 念，掌握坐标方位角的推算。 重点内容： 坐标方位角的推算 分类：直接量距法钢尺量距 光学量距法视距测量 物理量距法光电测距,1,距离丈量,距离丈量 工具 （1）量距工具：钢尺(steel tape)：20m、30m、50m 最小分划为毫米 皮尺： 20m、30m、50m 最小分划为厘米 测绳： 30m、50m、100m 每米注记 （2）辅助工具： 测钎、花杆及锤球,1,1,概念：标定地面两点间或两点延长线上各点在 同一方向直线上的工作称直线定线。 目力观测（精度一般） 定线 仪器观测（精度较高） （1）目测方法： a、两点间定线 b、延长线上定线 （2）点的标志： 木桩、竹桩 或水泥桩等,1,1、一般方法（l/l0001/3000） （1）定点 （2）直线定线：当两个地面点之间的距离较长或地势起伏 较大时，采取分段丈量。 （3）量距 量距工具：钢尺、测钎、标杆 量距方法 ： 平坦地面的量距方法：A 、B 两点之间的水平距离为 倾斜地面的量距方法：沿地面丈量倾斜距离D，用 水准仪测定两点间的高差h，计算水平距离D。,4-1 钢尺量距,1, 高低不平地面的量距方法 当地面高低不平时，为了能量得水平距离，前、后尺手同时抬高并拉紧钢尺，使尺悬空并大致水平(如为整尺段时则中间有一人托尺)，同时用垂球把钢尺两个端点投影到地面上，用测钎等作出标记，分别量得各段水平距离li然后取其总和，得到A、B 两点间的水平距离D。这种方法称为水平钢尺法量距。 （4）成果计算相对误差：,1,倾斜地面的直线丈量： a、平量法 b、斜量法,1,丈量精度及注意事项 1、精度（相对误差） K= 1/N 2、精度要求： 钢尺： a、平坦地区 =1/3000 b、起伏变化大 =1/2000 c、困难地区 =1/1000 3、误差来源： a、尺长误差 b、定线误差 c、丈量误差 4、注意事项,1,钢尺量距误差 （1）钢尺误差 尺长误差属系统误差，是累积的。 （2）人为误差 钢尺倾斜误差和垂曲误差 当地面高低不平、按水平钢尺法量距时，钢尺没有处于水平位置或因自重导致中间下垂而成曲线时，都会使所量距离增大(约1-3mm)，因此丈量时必须注意钢尺水平。 定线误差 使丈量结果偏大。一般丈量时，要求定线偏差不大于0.1m，可以用标杆目估定线。当直线较长或精度要求较高时，应用经纬仪定线。,1,拉力变化的误差 一般量距中只要保持拉力均匀即可 丈量本身的误差：对点及读数 （3）外界条件的影响 外界条件的影响主要是温度的影响，钢尺的长度随温度的变化而变化，当丈量时的温度和标准温度不一致时，将导致钢尺长度变化。按照钢的膨胀系数计算，温度每变化l，约影响长度为1/80000。一般量距时，当温度变化小于l0时可以不加改正，但精密量距时必须考虑温度改正。,1,4-2 视距测量(stadia survey) （1）视距测量原理：利用仪器视距装置配合视距 尺， 根 据几何原理同时测定两 点间水平距离和高差。 优点：简便，速度快，不受地形限制 缺点：精度低，约为1/2001/300。一般每100M 水平距离的高差误差约为4cm，常应用于碎 部测量,1,（2）视距测量计算公式 1、视线水平时： 平距：Dkl 高差：h=iv,1,l 为视距间隔，p为视距丝的间距，f 为物镜焦距，为物镜至仪器中心的距离。由相似三角形mnF与MNF可得： 则A、B 两点间的水平距离为 令 ，则 同时，由图可以看出A、B 的高差 h=i-v,1,2、视线倾斜时： 平距：DKlcos2 高差：Hklsin2I -V,1,（2）视线倾斜时的距离与高差公式 将视距间隔MN换算为与视线垂直的视距间隔，就可按上式倾斜距离D，再根据D和竖直角算出水平距离D及高差h。因此解决这个问题的关键在于求出MN与MN之间的关系。 图中角很小，约为34，故可把和EMM 和ENN 近似地视为直角，而MEM NEN ，因此由图可看出MN与MN的关系如下 MN=MNcos,1,图2 视线水平时的视距测量,设MN为l，MN为l，则 l=lcos 得倾斜距离 D=Kl=Klcos 所以A，B 的水平距离 D=Dcos =Klcos 2 由图中看出，A，B 间的高差h为h=h+i-v 所以 h= 1/2Klsin2=Dtg,1,视距测量方法与计算： 1、于测站上安置仪器，盘左位置对中、整平，量取桩顶中心点 到仪器横轴中心的高度（仪器高i），立尺于目标点A。 2、照准视距尺，消除视差，使中横丝切仪高处读取上下丝读数。 3、调整指标水准管气泡居中，读取竖盘读数L、记录。 4、盘右同上再次观测目标A，读取竖盘读数R、并记录。 5、利用有关程序算出所求平距D和高差h。 误差来源： 1、读数误差：注意消除视差，目标不要太远 2、视距尺倾斜误差：尺子应竖直 3、外界影响：视线尽量离开地面1米以上 4、K值的影响：一般可忽略,1,1,1,CASIO fx-3650p计数器编程,说明 SHIFT CLR 3(ALL) 清除所有程序 MODE MODE MODE 1 程序编辑模式 MODE MODE MODE 2 程序执行模式 MODE MODE MODE 3 程序清除模式，删除个 别程序 MODE MODE MODE MODE 1 选DEG（360度制） ： shift P-CMD 3 输入冒号 ？ shift P-CMD 1 输入数据 A shift STO A 将数据输入变量A A-B ALPHA A - ALPHA B shift P-CMD 4 显示中间结果 ANS 调出上次计算结果并在随后计算中使用,1,CASIO fx-3650p计数器编程,编写程序 SHIFT CLR 3 EXE EXE MODE MODE MODE 1 1 MODE MODE MODE MODE 1 DEG:?A:?B:?C:?D:?X:?M:90DD:100 (AB)(COSD)2YYtanD+XCYY+M:ANS Ac MODE MODE MODE 2 公式：SKlcos2 HB= HA+ STAN+XC,1,CASIO fx-3650p计数器编程,执行程序计算 PROG P1 输入 下丝读数 EXE 上丝读数 EXE 中丝读数 EXE 竖盘读数 EXE 仪器高 EXE 测站高程 EXE 显示水平距离 EXE 显示高差 EXE 显示测点高程,1,南方ET-02/05电子经纬仪,特点：机、光、电一体化 构造： 操作：1 安置仪器、对中（光学）、整平 2 打开电源（按PWR键） 3 按MODE选择测角模式 4 置零测角（水平角和竖直角） 5 关机：按PWR键大于2秒至屏幕显示OFF后松开手指,1,南方ET-02/05电子经纬仪,1,南方ET-02/05电子经纬仪,1,4-3 光电测距 (1)概念： 微波测距(仪） (microwave EDM instrument) 采用微波段的无线电波作为载波 电磁波测距( electro-magnetic distance measuring) 光电测距(仪）采用光波（可见光、红外光、 激光）作为载波 使用光电测距仪:红外测距仪(infrared EDM instrument) 激光测距仪(laser EDM instrument),1,测距原理： 欲测定A、B 两点间的距离D ，安仪器于A 点，安反射棱镜于B 点。仪器发出的光束由A 到达B ，经反光镜反射后又返回到仪器。设光速c(约3108m/s)为已知，如果知道光束在待测距离D上往返传播的时间t，则可由下式求出:,1,红外测距仪介绍,图4-15是南方测绘公司生产的ND3000红外相位式测距仪， 它自带望远镜，望远镜的视准轴、发射光轴和接收光轴同轴， 有垂直制动螺旋和微动螺旋，可以安装在光学经纬仪上或电子经纬仪上。 测距时，测距仪瞄准棱镜测距，经纬仪瞄准棱镜测量竖直角， 通过测距仪面板上的键盘，将经纬仪测量出的天顶距输入到测距仪中， 可以计算出水平距离和高差。 图4-16为与仪器配套的棱镜对中杆与支架，它用于放样测量非常方便。,1,图4-17是徕卡公司生产的DI1000红外相位式测距仪， 它不带望远镜，发射光轴和接收光轴是分立的， 仪器通过专用连接装置安装到徕卡公司生产的光学经纬仪或电子经纬仪上。 测距时，当经纬仪的望远镜瞄准棱镜下的照准觇牌时， 测距仪的发射光轴就瞄准了棱镜， 使用仪器的附加键盘将经纬仪测量出的天顶距输入到测距仪中， 即可计算出水平距离和高差。,1,全站型电子速测仪(简称全站仪)是指在测站上一经观测，必需的观测数据如斜距、天顶距(竖直角)、水平角等均能自动显示，而且几乎是在同一瞬间内得到平距、高差和点的坐标。如通过传输接口把全站仪野外采集的数据终端与计算机、绘图机连接起来，配以数据处理软件和绘图软件，即可实现测图的自动化。 全站仪由电子经纬仪、光电测距仪和数据记录装置组成。,全站型电子速测仪,全站仪及其使用,DTM-352/350/330全站,技术指标,测角精度： DTM352 2 DTM350/330 5 最小显示：1/5 测距精度：3mm+2ppm 测 程：2100m 最小显示：1mm,仪器的结构,整体式全站仪,1,软件功能,1,键盘功能,1,全站仪基本操作,对中Centering 整平Leveling 瞄准Sighting 读数Reading,1,PWR,开机,PWR,ENT,关机,转动望远镜和照准部,1,DSP,2,屏幕间 转换,1,MSR,测距,ESC,停止测量,1,测量角度,ANG 4,Press one key,置零 (0-Set),Press two key,输入(Inputting),然后按ENT键结束,1,一、概念：直线定向确定直线与标准方向之间的水平角度。 二、标准方向（三北方向）：真子午线(true meridian)方向、磁子午线 (magnetic meridian)方向、坐标纵轴（ordinates axis）方向 三、表示方法 1、方位角(azimuth): 由标准方向的北端顺时针量至某直线的夹角（003600 ） 2、象限角(bearing)由标准方向的北端或南端至某直线所夹锐角（ 00900 ） 四、方位角与象限角换算关系 象限 关系 A=R A=1800R A=1800+R A=3600R,直线定向(line orientation）,1,1、标准方向的种类,（l）真子午线方向：通过地球表面某点的真子午面的切线方向，称为该点真子午线方向；真子午线方向是用天文测量方法或用陀螺经纬仪测定的。 （2）磁子午线方向：磁子午线方向是在地球磁场的作用下，磁针自由静止时其轴线所指的方向。磁子午线方向可用罗盘仪测定。 （3）坐标纵轴方向：在投影带内直线定向，就用该带的坐标纵轴方向作为标准方向。如采用假定坐标系，则用假定的坐标纵轴(轴)作为标准方向。,1,五、几种方位角之间的关系 1、A真与A磁： A=Am+ S 2、 A真与坐： A真=坐+ 3、 坐与Am： 坐= Am+ S - 六、正反坐标方位角(grid bearing)： A正 =A反 1800 七、坐标方位角的推算： = 0 1800 ,1,2、方位角及其关系,（1）真方位角与磁方位角之间的关系 磁针北端偏于真子午线以东称东偏，偏于真子午线以西称西偏，东偏取正值，西偏取负值。我国磁偏角的变化大约在+6到-10之间。 A=Am+ （2）真方位角与坐标方位角之间的关系 在中央子午线以东地区，各点的坐标纵轴偏在真子午线的东边，为正值；在中央子午线以西地区，为负值。可用下式计算： =(LL0)sinB A12=12,1,（3）坐标方位角与磁方位角之间的关系： =Am+-,图3 磁偏角,图4 子午线收敛角,1,3、坐标方位角及其推算,正坐标方位角：通过A 的坐标纵轴（X）北方向，顺时针量至直线AB的角度，称为直线AB的坐标方位角，用AB表示， 同样，通过B 的坐标纵轴（X）北方向，顺时针量至直线BA的角度，称为直线BA的坐标方位角，用BA表示。 即 BA= AB+180 AB = BA -180,图5 正反坐标方位角,图6 坐标方位角推算,1,现在要推算A-1、l-2、2-3和3-A 边的坐标方位角。由图6可以看出,从而可以写出推算坐标方位角的一般公式为,1,罗盘仪测量(compass survey),一、罗盘仪构造： 1、望远镜：物镜、目镜、 十字丝（外对光） 2、刻度盘：003600 逆时针注记， 最